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应用新型
Mesh
技术解决
WiFi
网络的多跳难题
信息来源：
深圳市无线电管理局
概述
日期：
2007
< br>年
11
月
29
< br>日
【字号
大
中
小
】
随着无线
mesh
网络的普及，其规模和复杂程度持续发展。然而多跳的
mesh
网络遇到越来越多的
难题，比如带宽降低，无线干扰以
及网络时延等。譬如，在网络中的每一跳吞吐量会下降多达
50%
，连
续多跳情况下吞吐量下降得更迅速，其结果将导致网络性能的严重降低。在语音和
视频应用大量运行
的极端情况下，时延和
RF
< br>干扰将达到不可接受的程度，而导致连接完全中断。传统的
mesh
网络只能
提供有限的扩展性，多跳自身的难题使得它对于大规模网络部署还存
在诸多疑问。因而需要一种新型
结构化的无线
mesh
，在其网络中无论跳数多少，都能够提供高性能和高可靠性。
一、
无线
mesh
介绍
无线局域网（
WLAN
）或者
Wi-Fi?
已经
不仅仅局限于小规模网络的解决方案。由于无线所固有的高
效性和灵活性，它已经成为<
/p>
IT
的主流，并被认为是企业级和运营级网络一种行之有效的解决
方案。业
界中的很多企业都认识到，向无线终端提供数据和
Vo
IP
的移动性服务将获得巨大的收益，因此他们在
特定区域进行
无线覆盖或“热区”（
hot zone
）来更好地服务客户。
无线覆盖也可以扩展为大规模部
署，比如城域和区域网络，甚至实现覆盖多城市传输应用
。
无线
mesh
网络具有诸多优于其它类型无线部署的优势。这些优势主要集中在降低网络关键环节的成本
< br>——安装、维护以及运行维护等方面。以某些情况下，由于网络拓扑结构、缺少有线基础设施、或者
是在客户室内或室外位置布线成本高等原因，无线
mesh
网络成为部署网络基础设施的唯一可行方案。
在发展历程上，业界中有三种
Wi-
Fi
方案：
第一代集中式网络模式
——是一种非智能的网络，相互独立的多个接入点（
AP
< br>）连接到同一个有
线局域网中。
第二代集中式网络模式
——是对已有交换机最简单的一种扩展方
式，大多数有线交换机设备均支
持。这种模式倾向于将智能功能从
AP
剥离出来放到交换机中。这两种
Wi-Fi
方案还存在着一个共性的
问题——它们不是真正的无线，只是“更少的”有线
。
第三代
Wi-Fi mesh
网络
——是一种智能网络。由于网络节点间能够通过
< br>802.11
无线链路相互连
接，因此它们不需要通过有
线连接到交换机上。
Mesh
网络架构可以扩展通信传输区域，
也可以同时为
无线用户和网络节点提供接入服务。如果设计的合理，
mesh
网络可以成为高性能、高可靠并具有冗余
能力，并
且能够扩展到包含成千上万个设备。这种类型的网络安装快捷，并且不要求精细的规划和位
置选择即可获得可靠的通讯。简单地移动某个网络节点或者增加一个节点就可以立即完善一个信号较
弱或无信号的区域。
在无线
m
esh
网络中，每个节点都会维持到最邻近节点的最优路径。当无线环境发生变化时，比
如
加入新节点或者发生拥塞，数据路径会根据时延、吞吐量、噪声等因素进行重新评估，
并且
mesh
网络
会自动地进行自我调
节将性能维持在最佳性能。如果某个数据路径丢失，或者
RF
干
扰影响了性能，网
络会通过重路由流量实现自我修复，这样节点既可以保持连接，而且数
据路径也始终是最优的。所有
的自我调节和自我修复过程都是动态的，在后台执行并且是
实时的——对用户而言是透明的，不需要
人为干预。
在室
外环境中部署网络时，
mesh
体系架构允许无线网络绕过大的
物体（比如建筑物和树木）进行
流量交换。无线
mesh
网络能够很容易地通过中间中继节点绕过障碍物转发数据包，而不是试图直接穿
过障碍物。尤其在有很多障碍物的城市环境或者有丘陵或山区等传统无线网络覆盖有困难的乡村区域，<
/p>
该方案都非常有效。
二、
实现无线
Mesh
的几种方案
无线
Mesh
的方案有很多种，但是大部分的方案都来源于最初的无线分布式系
统（
Wireless
Distribution
System, WDS
）概念。
WDS
是一种使用无线桥接和无线
repeating
的无线
AP
模式，无线
桥接也就是只能在
AP
之间进行通讯，
AP
不接受无线客户端的访问；而无线
repeating
既允许<
/p>
AP
之间
互相通讯，也允许
AP
与无线客户端进行通讯。
1<
/p>
、单频方案——所有信息都在同一信道上
单频模式是无线
mesh
最脆弱的方案。接入点仅使用一个信
道，此信道由无线客户端和回程流量（在
AP
之间转发）共享。
当更多的
AP
加入到网络中的时候，用于回程流量的带宽将会占
据越来越高的比例，
仅仅留很少一部分容量给无线客户端。此现象的原因是由于无线是一
个共享的媒质。
本方案的
AP
不能同时发送和接收数据。而且在其覆盖范围内另一个
AP
正
在传输的时候，该
AP
也
不能发送数据
。这种对可用共享带宽的竞争是基于类似以太网的无线冲突避免原则
(CSMA/CA)
。简单计
算一下就会发现，在单频方案中每个无线客户端只能获
得很有限的吞吐量。举例来说，假设你有
5
个
< br>AP
，每个
AP
有
20
个无线客户端与之相连，所有的
AP
和客户端共享同一个
802.11b
信道（
5Mbps
），
这样等价于每个用户只能获得
少于
50Kbps
的吞吐量——比拨号连接还要慢。而且由于所
有的无线客户
端和
AP
必须工作在同一
个信道上，无线资源的竞争和
RF
干扰还会导致不可预期的时延
。
2
、双频方案——回程共享
在双频方案中，一个频道专门用来连接无线客户端，而另一个频道专门用来进行无线回程传输——
回
程信道同时由
ingress
和
egress
流量共享。这意味着什么呢？无线客户端流量将得到一
些的改善，但
是全网的性能仍然由于回程的瓶颈问题而不理想。
3<
/p>
、多频方案——结构化的无线
mesh
在多频（或者称作结构化
mesh
）方
案中，每个网络节点至少使用三个频道的专用无线链路接口，其中
一个频道用于客户端的
流量，第二个频道用于
ingress
无线回程流量，第三个频
道用于
egress
无线回
程流量。这
个无线
mesh
网络的方案与单频或双频方案相比提供了很好的
性能。因为每个链路都工作在
独立的信道上，专用的回程链路可以同时发送和接收数据。
分离的
I
ngress/Egress
回程链路
三、
无线
mesh
网络中多跳的难题
多跳的难题包括带宽降低、无线干
扰和网络时延问题，这些问题是由于流量需要在无线
mesh
网
络
中进行多次“跳跃”所引起的。
1
、带宽降低
当回程被共享的时候，多跳带来的
带宽降低的问题尤为严重，比如单频和双频方案。在这些情况
下，每个从
AP
到
AP“跳越”的流量，其吞吐量都几乎会被削减
了一半。对于这类带宽降低模式主要有
两个原理。
下图
说明了
802.11a/g
和
802.
11b
采用单频方案在最佳情况的场景下吞吐量降低的情况。在
802.11b
情况下，此表的起始吞吐量为
5
Mbps
－－因为
802.11b
< br>任何信道的毛数据速率为
11
Mbps
，其
有效吞吐量接近于
5
M
bps
。类似地，
802.11a/g
的有效吞吐量接近于
24
Mbps
。
正像前表中所显示的一
样，即使在最佳情景的时候，对于中等规模和大规模环境，带宽的
损失也是不可接受的。
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